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鋰電池的工作原理,鋰電池有幾種類型

來源:存能電氣  日期:2019-08-02 10:59  瀏覽量:

  鋰電池的工作原理,鋰電池有幾種類型?伴隨著電子產(chǎn)品的使用需求越來越高,人們對(duì)鋰電池的需求也越來越高,目前鋰電池公認(rèn)的基本原理是所謂的“搖椅理論”。鋰電池的沖放電不是通過傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移,而是通過鋰離子在層壯物質(zhì)的晶體中的出入,發(fā)生能量變化。

鋰電池的工作原理.jpg

  鋰電池的工作原理

  鋰離子電池的充放電過程就是Li+在正負(fù)極材料的嵌入和脫嵌并伴隨著能量的吸收和釋放的過程。給鋰離子電池充電:Li+從正極材料中脫嵌,經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極,吸收電子后嵌入負(fù)極材料中形成能量較高嵌入化合物。鋰離子電池放電:

  Li+從負(fù)極材料中脫嵌并釋放電子,Li+經(jīng)電解液達(dá)到正極,吸收電子后嵌入正極材料形成較為穩(wěn)定的嵌入化合物。

  鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物,電子只能在正極和負(fù)極材料中運(yùn)動(dòng)。充放電過程需要鋰離子和電子共同作用,這就要求鋰離子電極材料具有良好的導(dǎo)電性和離子的擴(kuò)散能力,以保證在放電過程中電子通過電極極耳迅速傳導(dǎo)到外電路,鋰離子在負(fù)極材料脫嵌后迅速擴(kuò)散到電解液;電解液中的鋰離子被載體送達(dá)正極材料,與電子結(jié)合形成嵌入化合物。

  鋰電池由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池,其工作原理為一種Li+MnO2=LiMnO2的氧化還原反應(yīng)。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫?,使得其長(zhǎng)期沒有得到廣泛應(yīng)用,但現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,鋰電池逐漸成為主流。

  鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。

  同樣道理,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的鋰電池容量指的就是放電容量。鋰離子電池是一種理想的可逆電池。在沖放電時(shí)鋰離子在電池正負(fù)極往返出入,正像搖椅一樣在正負(fù)極間搖來搖去,故有人將鋰離子電池形象稱為搖椅電池。

  鋰電池有幾種類型?

  鋰電池通常分兩大類:

  鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

  鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

  通常我們說得最多的動(dòng)力電池主要有磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池以及三元鋰電池。

  1.錳鋰電池

  優(yōu)點(diǎn):價(jià)格便宜;低溫性能好,在零下負(fù)20度放電能有90%以上的效率;安全性能佳。

  缺點(diǎn):高溫度性能差;循環(huán)壽命低(一般正常使用壽命大概在300到400次);克比容量低(112);倍率放電差。

  2.三元鋰電池

  優(yōu)點(diǎn):價(jià)格是三種材料最貴的;容量高(150.可以節(jié)省體積);循環(huán)壽命佳(600到700次);倍率放電佳。

  缺點(diǎn):安全性能是三個(gè)中最差的(特別是用鋼殼的);目前中國(guó)電池行業(yè)對(duì)該材料的掌握還不成熟,用的不多。

  3.鐵鋰電池

  優(yōu)點(diǎn):價(jià)格中;容量中(130);循環(huán)壽命高(1500次左右);高溫性能好;倍率放電好

  缺點(diǎn):價(jià)格不便宜;低溫性能不好;在電動(dòng)汽車上才能充分體現(xiàn)其優(yōu)越的性能(能6分鐘充滿電,能20倍放電)

  4.鈷酸鋰電池

  通常用于3C產(chǎn)品,安全性極差,不適合做動(dòng)力電池。

  理論上,我們需要的鋰電池應(yīng)該是能量密度高、體積密度高、安全性好、耐高溫低溫、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無毒無害、可大功率充放電,聚所有優(yōu)點(diǎn)為一體而且低成本。但目前并不存在這樣的電池,那么在不同種類電池的優(yōu)缺點(diǎn)中就需要取舍。

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